一種木質(zhì)素增強(qiáng)石墨導(dǎo)電紙的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于功能材料領(lǐng)域，公開(kāi)了一種木質(zhì)素增強(qiáng)石墨導(dǎo)電紙的制備方法。該制備方法包括以下步驟：將石墨加入到羧甲基纖維素鈉的水溶液中，充分?jǐn)嚢?，得石墨分散液；再將紙漿加入水中，充分?jǐn)嚢璺稚⒕鶆蚝?，將木質(zhì)素引入紙漿分散液中，得引入木質(zhì)素的紙漿分散液；最后，將石墨分散液與引入木質(zhì)素的紙漿分散液混合均勻，抄紙，干燥，即得木質(zhì)素增強(qiáng)石墨導(dǎo)電紙。該方法原料來(lái)源豐富、價(jià)格低廉，操作簡(jiǎn)單、加工方便；同時(shí)，在石墨紙?bào)w系中引進(jìn)木質(zhì)素，通過(guò)利用木質(zhì)素與纖維素、石墨之間強(qiáng)烈的相互作用使木質(zhì)素在石墨紙?bào)w系中起到粘結(jié)增強(qiáng)作用，改善了材料的性能。
【專利說(shuō)明】一種木質(zhì)素增強(qiáng)石墨導(dǎo)電紙的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于功能材料領(lǐng)域，具體涉及一種木質(zhì)素增強(qiáng)石墨導(dǎo)電紙的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]導(dǎo)電紙是一種具有導(dǎo)電功能的功能紙，同時(shí)具有導(dǎo)熱、電磁屏蔽、吸收電磁波等功能，可廣泛應(yīng)用于防靜電包裝材料、電磁屏蔽材料、面狀發(fā)熱材料、傳感和致動(dòng)材料、新能源和電化學(xué)材料等領(lǐng)域。
[0003]目前導(dǎo)電紙的制備方法主要有以下五種:(I)導(dǎo)電材料與紙漿纖維混抄法(濕法)。該方法是將紙衆(zhòng)纖維與導(dǎo)電材料進(jìn)行混合抄造(CALGON Corporation.1mprovements inthe making of a paper having an electroconductive layer:US, 462742.1965)。這種導(dǎo)電紙的特點(diǎn)是可以通過(guò)選擇紙漿纖維與導(dǎo)電材料的配比隨意改變導(dǎo)電性能，且制備方法操作簡(jiǎn)單、加工方便。(2)導(dǎo)電纖維用膠粘劑粘合或與熱熔性纖維熔合法(干法)。該法與干法成形紙的生產(chǎn)工藝類似(KIMBERLYARK Corporation.Electrically conductive paperand method of making it:US, 8343961.1963)。膠粘型干法成形導(dǎo)電紙是以水溶性乳膠作為膠粘劑對(duì)導(dǎo)電材料進(jìn)行粘合成紙，而熱粘型干法成形導(dǎo)電紙則是采用導(dǎo)電材料與熱熔性化學(xué)短纖維(如PE、PET、PP等)為原料，以熱熔纖維本身在加熱過(guò)程中產(chǎn)生的表面熔化和流動(dòng)形成與導(dǎo)電材料之間的熱粘合點(diǎn)，從而粘合成紙。(3)紙基用導(dǎo)電涂料涂布法。日本專利11-96103將導(dǎo)電無(wú)機(jī)粉末分散相涂布于紙基上，然后涂布固化劑和交聯(lián)劑成功制備了導(dǎo)電紙，該類導(dǎo)電紙透氣性不好。(4)化學(xué)鍍法。美國(guó)專利US834396采用玻璃纖維和水的懸浮液中加入銀氨溶液，利用化學(xué)還原的方法使銀析出沉淀在玻璃纖維上，已鍍銀的玻璃纖維再與各種類型的紙張結(jié)合制造導(dǎo)電紙。Vaurio等人(Vaurio, Fird.ElectricallyConductive Paper for Nonimpact Printing.Tappi J, 1964，47 (12): 163-165)米用金屬離子型化合物通過(guò)電化學(xué)的方法直接在紙的表面鍍上一層導(dǎo)電金屬物質(zhì)使之變成導(dǎo)電紙。
(5)聚合物包覆紙漿纖維法。錢學(xué)仁等(錢學(xué)仁，聚合物包覆型導(dǎo)電紙研究概述，中華紙業(yè)，2010, 31 (23):58-61)利用苯胺和吡咯在水溶液電解質(zhì)中原位化學(xué)聚合及吡咯的氣相聚合制備了一系列導(dǎo)電聚合物包覆紙漿纖維導(dǎo)電紙。此方法目前仍處于研究階段，在導(dǎo)電性能及力學(xué)性能方面仍需進(jìn)一步優(yōu)化。
[0004]上述制備方法中所用的導(dǎo)電材料主要有石墨、碳纖維、碳納米管、導(dǎo)電聚合物、金屬纖維、金屬粉末等。石墨價(jià)格便宜，但與天然纖維或化學(xué)纖維的結(jié)合力不強(qiáng)，所以致使導(dǎo)電紙容易出現(xiàn)掉粉現(xiàn)象，導(dǎo)電性能不夠穩(wěn)定；碳纖維、碳納米管同樣存在此問(wèn)題且價(jià)格不菲；導(dǎo)電聚合物目前仍處于研究階段，在材料性能及制備方法上仍需進(jìn)一步的研究；添加一次性的金屬物質(zhì)也存在一定的缺陷，因?yàn)榻饘俚膶?dǎo)電性能會(huì)隨空氣中濕度的變化而變化，若金屬纖維不能良好的接觸則會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)電性能不穩(wěn)定甚至是不導(dǎo)電。
[0005]由此可見(jiàn)，現(xiàn)有的制備導(dǎo)電紙的方法在實(shí)際應(yīng)用中均存在一定的缺陷和局限性，因此研究開(kāi)發(fā)出一種操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)可行、性能良好穩(wěn)定的導(dǎo)電紙的制備方法具有十分重要的意義。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種木質(zhì)素增強(qiáng)石墨導(dǎo)電紙的制備方法。
[0007]本發(fā)明方法是在普通的石墨導(dǎo)電紙?bào)w系中引進(jìn)木質(zhì)素，由于木質(zhì)素與紙漿纖維在自然界中是兩種相互生長(zhǎng)在一起的物質(zhì)，兩者之間存在強(qiáng)烈的相互作用，而另一方面，木質(zhì)素分子中存在的苯環(huán)結(jié)構(gòu)與石墨間存在η — η相互作用，這樣木質(zhì)素就可以作為粘結(jié)媒介，加強(qiáng)石墨與纖維之間的結(jié)合力，得到木質(zhì)素增強(qiáng)石墨導(dǎo)電紙。
[0008]本發(fā)明的目的通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0009]一種木質(zhì)素增強(qiáng)石墨導(dǎo)電紙的制備方法，包括以下步驟:
[0010](I)將羧甲基纖維素鈉加入水中，溶解后加入石墨，充分?jǐn)嚢瑁玫绞稚⒁海?br> [0011](2)將紙漿加入水中，攪拌分散均勻后，得紙漿分散液；將木質(zhì)素引入紙漿分散液中，得到引入木質(zhì)素的紙漿分散液；
[0012](3)將石墨分散液與引入木質(zhì)素的紙漿分散液混合均勻，抄紙，干燥，即得木質(zhì)素增強(qiáng)石墨導(dǎo)電紙。
[0013]步驟(I)所述石墨分散液中的石墨、羧甲基纖維素鈉與水的重量比為(20?180):(4?36):10000 ;步驟(2)所述紙漿、木質(zhì)素與水的重量比為(20?180): (O?25):100000 ;步驟(I)中石墨與步驟(2)中紙漿重量比為(20?180): (20?180)。
[0014]步驟(I)所述石墨、步驟(2)所述紙漿與木質(zhì)素的重量比為1:1:(0?0.25)。
[0015]步驟(2)所述木質(zhì)素為木漿堿木質(zhì)素、竹漿堿木質(zhì)素、麥草漿堿木質(zhì)素、蘆葦漿堿木質(zhì)素、蔗渣漿堿木質(zhì)素、龍須草漿堿木質(zhì)素中的一種或多種的混合物。
[0016]步驟(2 )所述紙漿為漂白的化學(xué)漿、漂白的溶解漿、未經(jīng)漂白的化學(xué)漿和未經(jīng)漂白的溶解漿的一種或多種的混合物；優(yōu)選未經(jīng)漂白的溶解漿、未經(jīng)漂白的化學(xué)漿。
[0017]步驟(2)所述紙漿中木質(zhì)素的質(zhì)量百分比為2%?6%。
[0018]步驟(2)所述引入木質(zhì)素的方法包括以下步驟:將木質(zhì)素溶于pH > 7的堿性溶液，然后加入到紙漿分散液中，充分混合均勻后再使用酸性溶液調(diào)節(jié)紙漿分散液PH < 7使木質(zhì)素析出包裹于纖維上面。
[0019]所述的堿性溶液為pH=12的氫氧化鈉溶液；所述的酸性溶液為lmol/L的硫酸。
[0020]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果:
[0021](I)本發(fā)明使用的方法為導(dǎo)電材料與紙漿纖維混抄法，與導(dǎo)電纖維用膠粘劑粘合或熱熔性纖維熔合法、紙基用導(dǎo)電涂料涂布法、化學(xué)鍍法、聚合物包覆紙漿纖維法相比，操作簡(jiǎn)單、加工方便；
[0022](2)本發(fā)明使用的導(dǎo)電材料為來(lái)源豐富、價(jià)格低廉石墨，而其它類型導(dǎo)電材料如碳纖維、碳納米管、導(dǎo)電聚合物、金屬纖維、金屬粉末存在價(jià)格昂貴、導(dǎo)電性能不穩(wěn)定的缺點(diǎn)；
[0023](3)本發(fā)明通過(guò)木質(zhì)素的增強(qiáng)作用，制備的石墨導(dǎo)電紙力學(xué)性能良好，導(dǎo)電性能穩(wěn)定，不存在“掉粉”現(xiàn)象。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，需要說(shuō)明的是，實(shí)施例并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明要求保護(hù)范圍的限制。
[0025]實(shí)施例1:
[0026]稱取0.36g羧甲基纖維素鈉加入到IOOg水中，攪拌溶解后加入1.8g石墨，以1000轉(zhuǎn)/分鐘的速度充分?jǐn)嚢枋蛊浞稚⒌玫绞稚⒁?；稱取0.2g未經(jīng)漂白的紙漿(針葉木溶解漿)加入到IOOOg水中，以1000轉(zhuǎn)/分鐘的速度充分?jǐn)嚢?0分鐘使其分散得到紙漿分散液；將石墨分散液和紙漿分散液混合后在400轉(zhuǎn)/分鐘下充分?jǐn)嚢?0分鐘后經(jīng)800目濾布過(guò)濾成紙，60°C下烘干即得木質(zhì)素增強(qiáng)石墨導(dǎo)電紙。
[0027]實(shí)施例2:
[0028]稱取0.36g羧甲基纖維素鈉加入到IOOg水中，攪拌溶解后加入1.8g石墨，以1000轉(zhuǎn)/分鐘的速度充分?jǐn)嚢枋蛊浞稚⒌玫绞稚⒁?；稱取0.2g未經(jīng)漂白的紙漿(竹溶解漿)加入到IOOOg水中，以1000轉(zhuǎn)/分鐘的速度充分?jǐn)嚢?0分鐘使其分散得到紙漿分散液，往紙漿分散液中加入PH為12的0.05g/mL麥草漿堿木質(zhì)素溶液5mL，然后在400轉(zhuǎn)/分鐘的速度下使用lmol/L硫酸溶液調(diào)節(jié)紙漿分散液體系pH至7使木質(zhì)素析出包裹于纖維上面；將石墨分散液和引入木質(zhì)素的紙漿分散液混合后在400轉(zhuǎn)/分鐘下充分?jǐn)嚢?0分鐘后經(jīng)800目濾布過(guò)濾成紙，60°C下烘干即得木質(zhì)素增強(qiáng)石墨導(dǎo)電紙。
[0029]實(shí)施例3:
[0030]稱取0.04g羧甲基纖維素鈉加入到IOOg水中，攪拌溶解后加入0.2g石墨，以1000轉(zhuǎn)/分鐘的速度充分?jǐn)嚢枋蛊浞稚⒌玫绞稚⒁?；稱取1.Sg未經(jīng)漂白的紙漿(麥草溶解漿)加入到IOOOg水中，以1000轉(zhuǎn)/分鐘的速度充分?jǐn)嚢?0分鐘使其分散得到紙漿分散液，往紙漿分散液中加入PH為12的0.05g/mL木漿堿木質(zhì)素溶液5mL，然后在400轉(zhuǎn)/分鐘的速度下使用lmol/L硫酸溶液調(diào)節(jié)紙漿分散液體系pH至7使木質(zhì)素析出包裹于纖維上面；將石墨分散液和引入木質(zhì)素的紙漿分散液混合后在400轉(zhuǎn)/分鐘下充分?jǐn)嚢?0分鐘后經(jīng)800目濾布過(guò)濾成紙，60°C下烘干即得木質(zhì)素增強(qiáng)石墨導(dǎo)電紙。
[0031]實(shí)施例4:
[0032]稱取0.2g羧甲基纖維素鈉加入到IOOg水中，攪拌溶解后加入Ig石墨，以1000轉(zhuǎn)/分鐘的速度充分?jǐn)嚢枋蛊浞稚⒌玫绞稚⒁?；稱取Ig未經(jīng)漂白的紙漿(闊葉木化學(xué)漿)加入到IOOOg水中，以1000轉(zhuǎn)/分鐘的速度充分?jǐn)嚢?0分鐘使其分散得到紙漿分散液；將石墨分散液和紙漿分散液混合后在400轉(zhuǎn)/分鐘下充分?jǐn)嚢?0分鐘后經(jīng)800目濾布過(guò)濾成紙，60°C下烘干即得木質(zhì)素增強(qiáng)石墨導(dǎo)電紙。
[0033]實(shí)施例5:
[0034]稱取0.2g羧甲基纖維素鈉加入到IOOg水中，攪拌溶解后加入Ig石墨，以1000轉(zhuǎn)/分鐘的速度充分?jǐn)嚢枋蛊浞稚⒌玫绞稚⒁?；稱取Ig漂白紙漿(竹溶解漿)加入到IOOOg水中，以1000轉(zhuǎn)/分鐘的速度充分?jǐn)嚢?0分鐘使其分散得到紙漿分散液，往紙漿分散液中加入PH為12的0.05g/mL蔗渣漿堿木質(zhì)素溶液2mL，然后在400轉(zhuǎn)/分鐘的速度下使用lmol/L硫酸溶液調(diào)節(jié)紙漿分散液體系pH至2使木質(zhì)素析出包裹于纖維上面；將石墨分散液和引入木質(zhì)素的紙漿分散液混合后在400轉(zhuǎn)/分鐘下充分?jǐn)嚢?0分鐘后經(jīng)800目濾布過(guò)濾成紙，60°C下烘干即得木質(zhì)素增強(qiáng)石墨導(dǎo)電紙。
[0035]實(shí)施例6:
[0036]稱取0.2g羧甲基纖維素鈉加入到IOOg水中，攪拌溶解后加入Ig石墨，以1000轉(zhuǎn)/分鐘的速度充分?jǐn)嚢枋蛊浞稚⒌玫绞稚⒁?；稱取Ig漂白紙漿(闊葉木化學(xué)漿)加入到IOOOg水中，以1000轉(zhuǎn)/分鐘的速度充分?jǐn)嚢?0分鐘使其分散得到紙漿分散液，往紙漿分散液中加入PH為12的0.05g/mL竹漿堿木質(zhì)素溶液5mL，然后在400轉(zhuǎn)/分鐘的速度下使用lmol/L硫酸溶液調(diào)節(jié)紙漿分散液體系pH至2使木質(zhì)素析出包裹于纖維上面；將石墨分散液和引入木質(zhì)素的紙漿分散液混合后在400轉(zhuǎn)/分鐘下充分?jǐn)嚢?0分鐘后經(jīng)800目濾布過(guò)濾成紙，60 V下烘干即得木質(zhì)素增強(qiáng)石墨導(dǎo)電紙。
[0037]實(shí)施例效果說(shuō)明:
[0038]實(shí)驗(yàn)測(cè)定了上述實(shí)施例制備的木質(zhì)素增強(qiáng)石墨導(dǎo)電紙的力學(xué)性能和導(dǎo)電性能，結(jié)果見(jiàn)表I。
[0039]表I不同種類石墨導(dǎo)電紙的力學(xué)性能和導(dǎo)電性能
[0040]
【權(quán)利要求】
1.一種木質(zhì)素增強(qiáng)石墨導(dǎo)電紙的制備方法，其特征在于包括以下步驟: (1)將羧甲基纖維素鈉加入水中，溶解后加入石墨，充分?jǐn)嚢?，得到石墨分散液? (2)將紙漿加入水中，攪拌分散均勻后，得紙漿分散液；將木質(zhì)素引入紙漿分散液中，得到引入木質(zhì)素的紙漿分散液； (3)將石墨分散液與引入木質(zhì)素的紙漿分散液混合均勻，抄紙，干燥，即得木質(zhì)素增強(qiáng)石墨導(dǎo)電紙； 步驟(I)所述石墨分散液中的石墨、羧甲基纖維素鈉與水重量比為(20?180):(4?36):10000 ;步驟(2)所述紙漿、木質(zhì)素與水的重量比為(20?180): (O?25) =100000 ;步驟(I)中石墨和步驟(2)中紙漿的重量比為(20?180):(20?180)； 步驟(2)所述紙漿為漂白的化學(xué)漿、漂白的溶解漿、未經(jīng)漂白的化學(xué)漿和未經(jīng)漂白的溶解漿的一種或多種的混合物；所述木質(zhì)素為木漿堿木質(zhì)素、竹漿堿木質(zhì)素、麥草漿堿木質(zhì)素、蘆葦漿堿木質(zhì)素、蔗渣漿堿木質(zhì)素、龍須草漿堿木質(zhì)素中的一種或多種的混合物；所述引入木質(zhì)素的方法包括以下步驟:將木質(zhì)素溶于PH>7的堿性溶液中，溶解后加入到紙漿分散液中，充分混合均勻后再使用酸性溶液調(diào)節(jié)紙漿分散液PH < 7使木質(zhì)素析出包裹于纖維上面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的木質(zhì)素增強(qiáng)石墨導(dǎo)電紙的制備方法，其特征在于:步驟(I)所述石墨、步驟(2)所述紙漿與木質(zhì)素的重量比為1:1:(0?0.25)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的木質(zhì)素增強(qiáng)石墨導(dǎo)電紙的制備方法，其特征在于:步驟(2)所述所述紙漿為未經(jīng)漂白的溶解漿、未經(jīng)漂白的化學(xué)漿。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的木質(zhì)素增強(qiáng)石墨導(dǎo)電紙的制備方法，其特征在于:步驟(2)所述所述紙漿中木質(zhì)素的質(zhì)量百分比為2%?6%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的木質(zhì)素增強(qiáng)石墨導(dǎo)電紙的制備方法，其特征在于:所述的堿性溶液為pH=12的氫氧化鈉溶液；所述的酸性溶液為lmol/L的硫酸。
【文檔編號(hào)】D21H17/29GK103451991SQ201310389722
【公開(kāi)日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年8月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月30日
【發(fā)明者】邱學(xué)青, 樓宏銘, 林吼坑, 楊東杰, 龐煜霞, 鄧永紅, 黃錦浩 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)